II. AXIT SILICIC VÀ MUỐI SILICAT 1. Axit H2SiO3
• Dạng keo, khơng tan trong nước, khi đun nóng dễ bị mất nước: H2SiO3 → H2O + SiO2 (t0)
• Khi sấy khơ, H2SiO3 mất một phần nước tạo thành vật liệu xốp là silicagen được dùng làm chất hút ẩm và hấp phụ nhiều chất.
Hình 2.23 : Silicagen dùng làm chất hút ẩm
• H2SiO3 chỉ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh. H2SiO3 + 2NaOH → Na2SiO3 + 2H2O
• Là axit yếu, yếu hơn axit cacbonic nên điều chế bằng cách dùng axit mạnh đẩy ra khỏi muối hoặc thủy phân một số hợp chất của Si.
Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3
Na2SiO3 + CO2 + H2O → H2SiO3 + Na2CO3
Câu hỏi 3: HS làm thí nghiệm: Điều chế axit silicic
2. Muối silicat
• Là muối của axit silicic thường khơng màu, khó tan (trừ muối kim loại kiềm). • Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng được dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ, bảo quản vải , gỗ khỏi bị cháy. Trong dung dịch, silicat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường bazo.
Na2SiO3 + 2H2O → 2Na+ + 2OH- + H2SiO3
Câu hỏi 4: HS làm thí nghiệm: Tính tan của muối silicat
Bài tập củng cố:
(3) SiO2 tan được trong axit flohiđric.
(4) SiO2 tan được trong kiềm hoặc cacbonat kiềm nóng chảy.
A. (2),(3),(4). B. (1),(2),(3). C. (1),(3),(4). D. (1),(2),(4). Câu 2: Phản ứng chứng tỏ axit silixic yếu hơn axit cacbonic là
A. SiO32- + CO2 + H2O→H2SiO3 + CO32-.
B. SiO32- + 2H+ → H2SiO3.
C. SiO32- + CO2 →SiO2 + CO32- .
D. SiO2 + 2OH- → SiO32- + H2O.
Câu 3: Hoàn thành các phản ứng sau (ghi rõ điều kiện phản ứng)
Cát thạch anh →(1) natri silicat →(2) axit silisic →(3) silic đioxit →(4) silic →(5)
Mg2Si →(6) SiH4 →(7) SiO2
Câu 4: Khi đốt cháy hỗn hợp khí SiH4 và CH4 thu được sản phẩm rắn cân nặng 6g và
sản phẩm khí. Cho sản phẩm khí đi qua dung dịch Ca(OH)2 lấy dư thu được 30g kết tủa. Xác định phần trăm về thể tích của hỗn hợp ban đầu.
Câu 5: Tính hàm lượng % CaF2 trong florit, biết rằng khi cho 80g khoáng vật florit
tác dụng với H2SO4 thu được 1 lượng khí có thể tác dụng với SiO2 tạo thành 5,6 lít(đktc) khí SiF4.
Bài 2: Silic với ngành nông nghiệp 1. Vai trị silic với cây trồng
• SiO2 có hoạt tính sinh học (dạng hòa tan) sẽ được cây trồng hấp thụ
Thành tế bào cứng cáp hơn. Chống lại sự thốt hơi nước.
Điều hịa nhiệt độ và các thay đổi bất thường.
Si tăng cường hệ thống miễn dịch cho cây, giúp cây tăng trưởng nhanh, khỏe mạnh. Tăng cường sức đề kháng cho cây chống lại các loại côn trùng và vi sinh vật gây hại như: sâu ăn tạp, rầy, bọ chích hút, nấm và vi khuẩn.
2. Sự tương tác của Si với các nguyên tố đa lượng khác.
• Sự kết hợp giữa phân bón Si với bón lân làm tăng hàm lượng lân dễ tiêu
trong đất so với bón lân đơn thuần. Các hợp chất silicat có tác dụng kìm hãm tốc độ khử sắt trong q trình đất ngập nước.
• Bón lân làm tăng mạnh lượng silic hịa tan trong đất. Bón riêng lẻ phân lân hoặc hợp chất silicat natri và bón kết hợp lân với silicat natri đều cho ảnh hưởng tốt lên sự sinh trưởng của cây lúa trồng trên đất phèn, đất xám, giảm thất thoát và gia tăng hiệu lực phân bón .
Câu hỏi 1: Hãy trình bày sự tác động qua lại giữa nguyên tố Si và P?
3. Tác dụng của Si đối với một số cây trồng cụ thể:
a) Lúa: Theo kết quả phân tích của FAO (Tổ chức lương thực và nông nghiệp),
mỗi 01 ha sản xuất ra 05 tấn lúa trong 01 vụ cây lúa sẽ hấp thụ 250 kg Silic. • Là ngun tố tham gia hình thành các tế bào thân cây và vỏ của hạt lúa, đồng thời tham gia quá trình vận chuyển dinh dưỡng trong cây và giải phóng P, K trong đất giúp tăng khả năng sử dụng P, K.
• Tăng khả năng quang hợp, cây lúa cứng, các tế bào có thành dày sẽ ngăn cản sự xâm nhập từ nấm hoặc sâu bệnh.
• Trong giai đoạn sinh sản, Si được ưu tiên chuyển vào lá địng, có tác dụng làm tăng số lượng hoa và hạt trên bông. (yêu cầu dinh dưỡng Silic rất cao, cao hơn Ca,
Hình 2.24: Cánh đồng lúa được bón đủ lượng silic
Câu hỏi 2: Tính khối lượng phân Silic (chứa 35%Si) cần bón cho 1 sào lúa?
b) Mía: lượng silic ít nhất phải có 1% Si chiếm trong lá mía (trọng lượng lá khơ)
Dẫn chứng: khi lá mía chỉ đạt 0,25% Si thì năng suất mía sẽ bị giảm đi ½ . Triệu chứng thiếu Si trên lá mía được biểu hiện rõ như lá bị cháy nắng.
Hình 2.25: Cây mía được cung cấp đủ lượng silic
c) Cà chua, Dưa leo, Dâu tây, Đậu nành: Thiếu Si là nguyên nhân giảm mạnh
năng suất trái và cũng gây ra dị hình trái (giống như thiếu Ca và B), các lá phát triển sớm, héo, khả năng sống sót của hạt phấn bị suy giảm, ảnh hưong đến tỷ lệ thụ phấn và khơng có sự hình thành quả.
Hình 2.26: Cà chua, dưa chuột và đỗ tương được cung cấp đủ silic
Câu hỏi 3: Nêu hiện tượng và hậu quả cà chua thiếu Silic?
d) Cây bơng: địi hỏi hàm lượng Si khá cao (0,5 % trọng lượng lá khô) trong giai đoạn
sớm của sự kéo dài sợi bơng, sau đó giảm trong q trình tích tụ xenlulozo.. 4. Một số giải pháp sản xuất phân bón chứa Si hữu hiệu
khoáng sét montmorilloit, kaolinite, thạch anh. Nhưng hàm lượng Si hòa tan hay hữu hiệu rất nhỏ.
Hình 2.27 : Phân bón bổ sung silic
b) Trong phần rơm rạ, vỏ trấu, bã cây mía, vỏ dừa có hàm lượng Si khá cao, nếu
khai thác chế biến hợp lý cũng làm tăng hiệu lực của Si và nâng cao hiệu quả của phân hữu cơ – khống (có chứa Si hữu hiệu cao).
c) Sử dụng nguyên liệu thạch anh cò nhiều ở Việt Nam để đưa vào hệ thống lò nung với nhiệt độ cao trong mơi trường kiềm sẽ có được nguồn vật liệu tốt.
Câu hỏi 4: Hãy nêu các giải pháp sản xuất loại phân bón bổ sung Silic?
Bài tập củng cố:
Câu 1: Cây trồng hấp thụ Silic ở dạng nào sau đây? A. Cát. B. Đá phấn. C. SiO2 sinh học. D. Cát và đá phấn.
Câu 2: Nói về tác dụng của Slic với lúa, ngơ, mía thì Silic thuộc loại ngun tố A. vi lượng B. trung lượng
C. đa lượng D. siêu vi lượng
Câu 3: Đặc điểm của Phân lân Văn Điển: chứa 24% SiO2 không bị rửa trơi, có tính kiềm (pH 8 - 8,5) chậm tan trong nước, tan tốt trong dịch chua của dễ cây tiết ra đến 99% (theo nghiên cứu của ZeNOH, Hinode Nhật Bản, TS Nguyễn Huy Phiêu) khi rễ cây trồng tiếp xúc phân lân Văn Điển tùy theo nhu cầu của cây mà dịch chua của rễ tiết ra hòa tan phân để hấp thụ. Ưu điểm của loại phân lân Văn Điển là gì?
Câu 4: Cây bơng địi hỏi hỏi lượng Silic cao trong giai đoạn A. tích lũy xenlulozo B. kéo dài sợi bông
C. bắt đầu ra hoa D. kéo dài sợi bơng và tích lũy xenlulozo Câu 5: Vỏ trấu đốt thành thứ than đen (không thành tro) chứa khoảng 80% - 90% SiO2
để bón cho đất trồng cây tạo môi trường phát triển thuận lợi cho các hệ sinh vật hoạt động giúp cải tạo đất bạc màu và có nhiều dưỡng chất cho cây trồng phát triển tốt hơn. Vì vỏ trấu đốt thành thứ than đen sẽ:
(1)bị phân hủy chậm.
(2)làm cho đất tơi xốp, dự trữ được nhiều nước. (3)có tính axit hịa tan được loại phân lân khó tiêu. Hãu chọn các lý do đúng nhất?
A. (1), (2), (3) B. (1), (2) C. (1), (3) D. (2), (3)
. Bài 3: Ngành công nghiệp Silic
Tiết 1: Công nghiệp bán dẫn I. Chất bán dẫn
1. Khái niệm:
Chất bán dẫn là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng.
2. Đặc trưng của chất bán dẫn
• Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện trở suất của điện mơi.
• Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.
• Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.
Câu hỏi 1: Nêu các đặc trưng cơ bản của chất bán dẫn?
3. Chất bán dẫn kiểu n và chất bán dẫn kiểu p
a) Chất bán dẫn kiểu n:
• Khi thêm một lượng rất nhỏ Photpho hay Asen vào tinh thể Si, chúng xâm nhập vào mạng lưới tinh thể của Si. Do đó nguyên tử P hay As dư 1 electron.
• Khi đặt vào một thế hiệu, electron đó sẽ di chuyển tạo lên sự dẫn điện của Silic. Ta nói Silic là chất bán dẫn kiểu n (negative: âm)
Hình 2.28: Chất bán dẫn kiểu n
b) Chất bán dẫn kiểu p :
• Khi cho thêm một lượng nhỏ Bo hay nhơm vào tinh thể Si, chúng xâm nhập
• Một electron ở nguyên tử Silic bên cạnh di chuyển đến lỗ khuyết dương đó làm xuất hiện lỗ khuyết dương mới ở nguyên tử Si đó và cứ như vậy hiện tượng xuất hiện lỗ khuyết dương tiếp tục xảy ra.
• Nếu đặt một thế hiệu, lỗ khuyết dương di chuyển suốt tinh thể và tinh thể dẫn điện. Trường hợp này sự dẫn điện gây ra bởi sự di chuyển của các lỗ khuyết dương, ta nói chất bán dẫn kiểu p (positive : dương)
Hình 2.29 : chất bán dẫn kiểu p
Câu hỏi 2 : Trình bày nguyên nhân dẫn điện của chất bán dẫn kiểu n và kiểu p ?
II. Ứng dụng của silic bán dẫn 1. Pin mặt trời
a) Sơ đồ hoạt động
• Xếp một màng mỏng bán dẫn kiểu n lên trên một màng mỏng kiểu p. • Vì electron rời khỏi lớp kiểu n đến tích lũy ở lớp kiểu p nên lớp trên trở lên dương và lớp dưới trở lên âm hơn.
• Electron ở lớp dưới được hút kéo lên lớp trên và mạch điện trở lên kín.
Hình 2.30 : Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời
Câu hỏi 3 : Bản chất hoạt động của pin mặt trời dựa trên nguyên tắc nào ?
b) Khả năng ứng dụng
• Pin mặt trời có thể chuyển hóa 25% năng lượng mặt trời chiếu tới thành điện năng. Hàng vạn pin mặt trời ghép lại thành tấm có thể thay thế trạm điện.
• Pin mặt trời được sáng chế lần đầu tiên vào những năm 50 của thế kỉ XX, đến những năm 70 , pin mặt trời được sử dụng để cung cấp điện cho dân cư.
Hình 2.31 : Khởi cơng xây dựng nhà máy điện mặt trời đầu tiên tại Việt Nam.
c) Xu hướng sử dụng pin mặt trời trong tương lai
• Ngày 29/8/2015, dự án nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân do công ty cổ phần đầu tư và xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi cơng xây dựng tại thơn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi.
• Dự án xây dựng nhà máy điện mặt trời Tuy Phong tại xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận.
Hình 2.32: Quang cảnh nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới.
• Với nhà máy điện mặt trời Thiên Tân. Số tiền 800 tỷ đầu tư xây dựng nhà máy chính là chi phí để sản xuất được 28 triệu số điện trong 1 năm và với tuổi thọ nhà máy tối thiểu là 25 năm, với điều kiện sản lượng các năm là như nhau. Từ đó chúng ta sẽ tính được giá điện trung bình được sản xuất ra từ nhà máy này trong suốt thời gian hoạt động:
800.000.000.000 / (28.000.000x25) = 1142 đồng/số điện
Nếu sản lượng tăng lên thì giá thành điện sẽ giảm xuống. • Địa điểm xây dựng
Quảng Ngãi có địa hình tương đối phức tạp, có xu hướng thấp dần từ tây sang đông với các dạng địa hình đồi núi, đồng bằng ven biển, phía tây của tỉnh là sườn Đông của dãy Trường Sơn, tiếp đến là địa hình núi thấp và đồi xen kẽ đồng bằng, có
cao và ít biến động, ngồi ra thời gian chiếu sáng của Mặt Trời tại đây cũng tương đối ổn định. Đây là điều kiện không thể lý tưởng hơn cho một nhà máy điện mặt trời.
Trong khi đó, Bình Thuận có địa hình chủ yếu là đồi núi thấp, đồng bằng ven biển nhỏ hẹp, địa hình hẹp ngang kéo theo hướng Đông Bắc - Tây Nam. Tỉnh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, nhiều nắng, nhiều gió, khơng có mùa đơng và khơ hạn nhất cả nước - rất thích hợp với những dự án điện mặt trời. Câu hỏi 4 : Tại sao lại là Quảng Ngãi, Bình Thuận là địa điểm thích hợp xây dựng
nhà máy điện mặt trời mà không phải những địa phương khác?
2. Bộ chỉnh lưu
a) Cấu tạo
Hình 2.33: Cấu tạo bộ chỉnh lưu
• Khi nối cực âm của dòng điện với cực chất bán dẫn kiểu p, electron từ chất bán dẫn kiểu n theo dây dẫn mạch ngoài vào cực chất bán dẫn kiểu p làm các lỗ khuyết dương di chuyển khỏi mặt tiếp giáp. Do đó, ở vùng gần mặt tiếp giáp trong chất bán dẫn kiểu p khơng có lỗ khuyết dương, trong chất bán dẫn kiểu n khơng có electron tự do và khơng có dịng điện chạy qua.
b) Ứng dụng:
• Mặt tiếp giáp p – n chỉ dẫn điện theo một chiều nên có thể chuyển dịng
điện xoay chiều thành dịng điện một chiều. Thiết bị này gọi là bộ chỉnh lưu (điot bán dẫn).
Câu hỏi 5 : Nêu hiện tượng và giải thích khi nối cực âm của dịng điện với cực chất bán dẫn kiểu n?
3. Tranzito
Hình 2.34: Cấu tạo tranzito
• Transitor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược.
• Về phương diện cấu tạo:
Transistor tương đương với hai điot đấu ngược chiều nhau. Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên khơng hốn vị cho nhau được
Hình 2.35: Hình ảnh tranzito
b) Ứng dụng
• Tranzito có khả năng khuếch đại tín hiệu điện và là linh kiện chủ lực dẫn đến sự bùng nổ của công nghệ điện tử. Do đó, tranzito dùng để lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử.
Bài tập củng cố:
Câu 1: Nhà máy điện mặt trời Thiên Tân đầu tư với số tiền 800 tỷ để xây dựng nhà
này trong suốt thời gian hoạt động là
A. 1142 đồng/số điện B. 714 đồng/số điện C. 869 đồng/số điện D. 1042 đồng/số điện
Câu 2 : Để tạo ra chất bán dẫn kiểu p ta cần thêm một lượng (X) vào tinh thể silic.
Vậy (X) là
A. photpho hoặc asen. B. bo hoặc nhôm. C. photpho hoặc bo. D. asen hoặc nhơm.
Câu 3: Kí hiệu của tranzito p – n – p như hình vẽ. Tên theo thứ tự các cực
phát – góp – gốc là
A. 1 – 2 – 3. B. 2 – 1 – 3. C. 2 – 3 – 1. D. 3 – 1 – 2.
Câu 4: Lỗ trống bên trong bán dẫn có các đặc điểm là
A. mang điện dương, có độ lớn điện tích ≥ e, di chuyển từ nguyên tử này đến
nguyên tử khác.
B. mang điện dương hoặc âm, có độ lớn điện tích bằng e, di chuyển trong
khoảng trống giữa các phân tử.
C. mang điện dương, có độ lớn điện tích bằng e, di chuyển từ nguyên tử này
đến nguyên tử khác.
D. mang điện dương hoặc âm, có độ lớn điện tích bằng e, di chuyển từ